1、- 1 -盾构姿态调整作业指导书一、姿态控制1.1 姿态控制基本原则以隧道轴线为目标，根据自动测量显示的轴线偏差和偏差趋势，把偏差控制在设计范围内，同时在掘进过程中进行盾构姿态调整确保不破坏管片。通俗的说就是“保头护尾” 。1.2 盾构机方向控制要点通过分组油缸的推进力和推进行程从而实现盾构的左转、右转、抬头、低头和直行。方向控制要点：（1）控制基点：以盾尾位置为控制基点；（2）调节量控制：一环掘进调节 10mm 较为合理，线性最佳；（3）趋势调节：趋势调节不能变化太大，急于纠偏，大趋势变化由大方位变化而来；（4）铰接操作：铰接油缸位置总处于最大伸出与最小缩回行程之和。满足铰接弯曲。1.3 盾
2、构机姿态控制一般细则（1）一般情况下，盾构机的方向纠偏应控制在20mm 以内，在缓和曲线及圆曲线段，盾构机的方向纠偏应控制在30mm 以内。曲线半径越小，控制难度越大。纠偏量受到设备状况，地质条件和施工操作等方面原因的影响。当开挖面地质均匀或软硬上下相差不大时，保持盾构机轴线与隧道设计轴线平行较容易。方向偏角应控制在 5mm/m 以内，特殊情况下不宜超过 10mm/m；否则，会因盾构急转弯过急造成盾尾间隙过小破坏盾尾刷和管片错台破裂漏水。（2）当盾构机遇到上硬下软土层时，为防止盾构机机头下垂，要保持上仰姿态；反之保持下俯状态。掘进时要注意上下两段及左右两侧的千斤顶形程差不能相差太大，一般控制在
3、 20mm 以内，特殊情况下不能超过 60mm。（3）当开挖面内的左，右低层软硬相差很大而且又处于曲线段时，盾构机的方向控制比较难。此时，可降低掘进速度，合理分配各区的千斤顶推理，必要时，可将水平偏角放宽到 10mm/m，以加大盾构机的调向力度。当以上操作无法将盾构机的姿态跳到合理位置时，将考虑使用超挖刀。- 2 -（4）在曲线掘进时，管片易往曲线外侧偏移，因此，一般情况下让盾构机往曲线内侧偏移一定量。根据曲线半径不同，偏移量通常取 10-30mm。即盾构机进入缓和曲线和曲线前，应将盾构机水平位置调整至 0mm，右转弯掘进逐步增加至+20mm，左转弯则调整至-20mm。以保证隧道成型后与设计曲
4、线基本一致。（5）在盾构机姿态控制中，推进油缸的形程控制是重点。对于 1.5 米宽的管片，原则上推进油缸的形程在 1700-1800mm 之间，形程差控制在 040mm 之间。形程过大，则盾尾刷容易露出，管片脱离盾尾较多，变形较大，以导致管片姿态变差；形程差过大，以导致盾尾与盾体之间的夹角增大，铰接油缸形程差加大，盾构机推力增大，同时造成管片的选型困难。（6）铰接油缸的伸出长度直接影响掘进时盾构机的姿态，应减小铰接油缸的长度差，尽量控制在 30mm 以内，将铰接油缸的形程控制在 40-80mm 之间为宜。二、盾构姿态控制技术2.1 盾构掘进方向控制方法（1）采用 VMT 隧道自动导向系统和人工
5、测量辅助进行盾构姿态监测该系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，拟每周进行两次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。（2）采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。在上坡段掘
6、进时，适当加大盾构机下部油缸的推力和速度；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力和速度；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力和速度；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力和速度；在直线平坡段掘进时，则应尽量使所有油缸的推力和速度保持一致。在均匀的地质条件时，保持所有油缸推力与速度一致；在软硬不均的地层中掘进时，则应根据不同地层在断面的具体分布情况，遵循硬地层一侧推进油缸的推力和速度适当加大，软地层一侧油缸的推力和速度适当减小的原则来操作。- 3 -在稳定的硬岩段掘进时，可采用加大刀盘转速，减小刀具入岩深度以减小推进时盾构震动，采用刀盘正反转以控制盾构机滚动偏差。2.2 盾构掘进姿
7、态调整与纠偏在实际施工中，由于地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并达到管理警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进，有可能产生较大的偏差。因此应及时调整盾构机姿态、纠正偏差。参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。（1）滚动纠偏当滚动超限时，盾构机会自动报警，此时应采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。允许滚动偏差1.5，当超过 1.5 时，盾构机报警，提示操纵者必须切换刀盘旋转方向，进行反转纠偏。（2）竖直方向纠偏与水平方向纠偏控制盾构机方向的主要因素是千斤顶的单侧推
8、力，当盾构机出现下俯时，可加大下侧千斤顶的推力，当盾构机出现上仰时，可加大上侧千斤顶的推力来进行纠偏。盾构纠偏的基本原则是盾构与设计轴线水平与竖向偏差控制在 75mm（设计容许偏差100mm）以内为目标，避免纠偏过猛，保证管片拼装所需的最小盾尾间隙（初步定10mm） ，每环的最大纠偏量不大与 9mm。（3）盾构上下倾斜与水平倾斜盾构掘进过程中可能存在盾构机轴线与隧道设计轴线方向的偏差，为了保持盾构良好姿态，避免管片的受力不均，盾构上下倾斜与水平倾斜应控制在 2%以内。避免因管片衬砌环的中心和盾构机的中心有偏移，使管片局部受力过大引起管片破损。三、不同地质环境中盾构机掘进姿态的控制（1）淤泥质土
9、层中盾构机掘进姿态的控制盾构机在软弱土层中掘进时，由于地层自稳性能极差，为控制盾构机水平和垂直偏差在允许范围内，避免盾构机蛇形量过大造成对地层的过量扰动，宜将盾构机掘进速度控制在 3040mm/min 之间，刀盘转速控制在 1. 5r/min 左右。在该段地层中掘进时，四组千斤顶推力应较为均衡，避免掘进过程中千斤顶行程差过大，否则，可能会造成推力轴线与管片中心轴线不在同一直线上。在掘进过程中应根据实际情况加注一定量的添加剂，以保持出土顺畅，尽量保持盾构机的连续掘进，同时，要严格控制同步注浆量，以保证管背间隙被有效填充。- 4 -（2）砂层中盾构机掘进姿态的控制盾构机在全断面富水砂层中掘进，由于
10、含水砂层的自稳性极差，含水量大，极易出现盾构机“磕头”现象，同时，在含水砂层中盾构机也易出现上浮现象。为避免盾构机在含水砂层中掘进出现“磕头”现象，在推进过程中盾构机应保持向上抬头的趋势，如果发现有“磕头”趋势，应立即调节上下部压力，维持盾构机向上的趋势。为避免盾构机在含水砂层中掘进出现上浮现象，在盾构机掘进时应减小刀盘转速，减小对周围砂层的扰动。若隧道埋深小于 23 倍的盾构机硐体直径，应对含水砂层进行地质改良、地面堆载等措施。（3）岩层层面起伏大的地层中盾构机掘进姿态的控制岩层层面起伏大会导致隧道开挖面内的岩层出现软硬不均。盾构机在这种地层中掘进，其盾构机的姿态控制难度大，易产生盾构机垂直
11、方向上的过量蛇行，造成管片错台及开裂。以上软下硬地层为例，在这类地质条件下掘进，盾构机刀盘受力不均，掘进速度不均衡，这就要求在掘进过程中， 必须时刻观察测量系统提供的盾构机姿态数据，结合推进千斤顶和铰接千斤顶的行程差值，不断地调整各分区千斤顶的推力及总推力，以保持盾构机姿态的平稳。如果不注意调整推进千斤顶的行程差，就会造成管片选型变化大，甚至造成过小的盾尾间隙使管片不能顺利脱出盾尾。因此，在推进过程中不能单一的只注意测量系统所提供的盾构机姿态来指导掘进，还应兼顾各分区千斤顶的行程差。（4）全断面硬岩地层中盾构机掘进姿态的控制全断面硬岩地层属于均一岩层，盾构机在该类地层中掘进,其轴线姿态能较好地
12、控制，在掘进时保持各分区千斤顶推力均匀， 总推力和掘进速度均匀，即可保持盾构机较好的姿态。四、方向控制及纠偏注意事项（1）在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，推进油缸油压的调整不宜过快、过大，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。（2）根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时就应该实行纠偏程序。（3）蛇行的修正应以长距离慢慢修正为原则，如修正得过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使用使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。（4）正确进行管片选型，确保拼装质量与精度。（5）严格控制纠偏力度，防止盾构机发生卡壳现象。- 5 -（6）盾构始发到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。
